改性内胎胶粉在自行车内胎胶料中的应用

臧亚南，杨政，陈启鹏

(徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140)

我国是自行车大国，自行车内胎的质量好坏对自行车的使用起着至关重要的作用。以丁基橡胶或者是卤化丁基橡胶为主体材料的内胎具有良好的气密性、耐老化性等性能，但价格较高[1]。丁基再生胶可部分替代丁基橡胶用于自行车内胎配方中[2]，提高产品的性价比。但是常见的内胎再生胶再生过程容易产生污染，不能满足环保要求。而内胎胶粉通过将回收的废旧内胎、边角料直接通过机械方式粉碎而得[3]，此过程不会产生污染物质，是回收利用废旧橡胶最有效的方法之一。所制得的胶粉为网状结构，化学活性较差，与其他材料间的相容性较差，需进行表面改性[4]。本文主要研究内胎胶粉的用量及改性剂品种对自行车内胎的性能影响。

1 实验部分

1.1 原材料

溴化丁基橡胶（BIIR） 2222：美国埃克森美孚公司；充油乙丙橡胶 G5455，充油量50%，德国朗盛公司；橡胶再生剂RV2，河北瑞威科技有限公司；201树脂，山西化工研究所；其他配合剂均为市售工业品。

1.2 基本配方（质量份）

BIIR 90，充油乙丙橡胶10，N550 60，碳酸钙20，云母 10，ZnO 5，SA 2，防老剂 2，促进剂1，硫磺1，201树脂3，改性胶粉变量，其他材料适量。

1.3 试样制备

胶粉、云母在100℃的烘箱中干燥4 h，待用。将云母碳酸钙按照配方比例置于高混机中，添加一定量的硅烷偶联剂进行表面改性。将胶粉先在开炼机中塑炼成片，再添加一定量改性剂（再生剂和黏合剂）在开炼机中混炼一定时间后得到改性胶粉，待用。

根据基本配方称量所需各种配合剂，在开炼机中将BIIR、充油EPDM和改性胶粉混炼均匀，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、N550、云母和碳酸钙、机油等，最后加入硫磺和201树脂薄通至混炼均匀后下片。

将所得混炼胶称重并置于模板中，在平板硫化机上于170℃进行硫化。在室温下放置24 h后，制成试样。

1.4 性能测试及防水卷材的相关指标

试样的硬度测试按照GB/T531.1—2008进行，拉伸性能测试按照GB/T 528—2009进行，撕裂性能按照GB/T 529—2008进行。自行车内胎的部分指标参见企业标准，见表1所示。

表1 自行车内胎胎身部分性能指标

2 结果与讨论

2.1 改性胶粉用量对自行车内胎的性能影响

胶粉的大量加入不利于薄壁制品的生产，所以本实验研究胶粉的用量对热塑性弹性体的性能影响。为了在加入胶粉的同时保持自行车内胎的气密性，本实验添加了少量白云母。白云母属层状硅酸盐，一定量白云母的加入能够提高材料的力学性能、耐热性和气密性。因为胶粉和白云母与配方中的BIIR和充油乙丙橡胶的相容性差，所以在使用前均需要进行改性。白云母采用一定量的硅烷偶联剂改性，胶粉采用河北瑞威公司生产的橡胶再生剂RV2改性。橡胶再生剂RV2无毒、环保，主要通过形成配位键减小S—S键和S—C的键能，经过常温开炼机机械力的作用，断开交联键形成游离基，游离基与RV2中的原子或者基团结合可形成稳定的物质。当再次硫化时，可将硫原子释放，可减少外来硫化剂的添加量。通过RV2再生的橡胶可保持较高的物理机械性能，再生程度可达到原胶的75%～90%[5]。经过改性后的胶粉改变其用量加入到自行车内胎配方中，研究胶粉用量对热塑性弹性体的性能影响，结果见表2和图1所示。

表2 改性胶粉用量对自行车内胎胶料性能的影响

从表2和图1可以看出，就硫化特性而言，随着胶粉用量的增加，MH略有增加，说明胶粉的加入提高了胶料的硬度；ML增大说明胶料的流动性变差。门尼黏度随着胶粉用量的增加而增加，说明随着胶粉用量的增多，胶料不易挤出加工，加工性能变差。邵氏A硬度的变化规律与MH的变化规律相同，拉伸强度和300%定伸应力随着胶粉用量的增加先略有上升后逐渐下降，最大伸长率随胶粉用量的增加而呈下降趋势。对比企业的性能标准，胶粉用量为10份、15份、20份的胶料门尼黏度超过指标要求，胶粉用量为20份的胶料硬度也超过指标要求，需要进一步调整配方。

2.2 胶粉改性剂对自行车内胎的性能影响

为了改善胶粉的性能，在使用再生剂RV2的基础上添加了软化剂、增黏剂对胶粉进行改性，提高胶粉和其他基体材料间的相容性。同时为了降低胶料的邵氏A硬度和门尼黏度在配方体系中增大了机油的用量（增加5份），结果见表3和图2所示。

图1 胶粉用量对自行车内胎胶料力学性能的影响

从表3和图2可以看出，在胶粉改性时除了再生剂RV2外又添加了软化剂或者增黏剂所制备的胶料与只添加再生剂RV2改性的胶粉所制备胶料相比，焦烧时间和正硫化时间变化较小；添加软化剂或者增黏剂与再生剂共同改性胶粉以及增加机油的双重作用下，MH、ML和门尼黏度都有所下降。就力学性能而言，加入RV2分别与DF-1101石油树脂和BN-1增黏树脂并用改性胶粉所制备的胶料邵氏A硬度较小，能够满足指标的要求；使用RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉所制备的胶料拉伸强度和300%定伸应力较大，使用RV2/RX-80树脂改性胶粉所制备的胶料拉伸强度和300%定伸应力较小；使用RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉所制备的胶料最大伸长率较大，使用RV2/DF-1101石油树脂改性胶粉所制备的胶料最大伸长率较大。从以上结果可以看出，使用RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉所制备的胶料性能较好，且能够满足企业的要求。

表3 胶粉改性剂对自行车内胎胶料性能的影响

图2 胶粉改性剂对自行车内胎胶料力学性能的影响

2.3 气密性分析

将RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉所制备的胶料进行气密性测试，结果见表4所示。

从表4可以看出，添加了20份胶粉的胶料透气量、透气系数低，胶粉的少量加入没有对自行车内胎的气密性产生不良影响，可以添加到自行车内胎配方中提高产品的性价比，同时对资源的回收利用起到积极作用。

表4 RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉制备的胶料气密性测试

3 结论

（1）随着改性胶粉用量的增加，所制备得自行车内胎胶料加工性能变差、邵氏A硬度增加，拉伸强度和300%定伸应力先小幅上升后下降，最大伸长率有下降趋势。

（2）采用不同改性剂改性胶粉，当其用量为20份时使用橡胶再生剂RV2/BN-1增黏树脂并用作为胶粉改性剂的所制备的内胎胶料性能最优。

（3）对RV2/BN-1增黏树脂改性胶粉所制备的内胎胶料其进行气密性测试，其透气量较小、渗透系数较低，胶粉的加入没有对内胎的气密性产生不良影响。

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[1]王改锋，卢峰，朱燚. 胶易素T-78Q在自行车内胎中的应用[J].轮胎工业，2014,34(1):43～45.

[2]宋泰愚，李长继.丁基橡胶再生胶在自行车内胎配方中的应用[J].轮胎工业，2012,32(2):98～100.

[3]祁运凤.胶粉/塑料热塑性弹性体研究[D].昆明:昆明理工大学，2002.

[4]吴明生，周海妮. 废轮胎胶粉力化学改性研究[J].橡胶工业，2014,61(6):325～329.

[5]马瑞刚，马亦骁.废橡胶环境友好型再生技术[J].轮胎工业，2015,35(1):12～15.